농촌진흥청(청장 이승돈)은 어떤 숙주 생물을 이용하느냐에 따라 대마에 소량 존재하는 기능성 성분 '칸플라빈' 생성 활성이 달라지는 것을 확인했다.
칸플라빈은 대마에서 생성되는 천연물로, 대표적으로 칸플라빈 에이(A)와 비(B)가 있다. 다양한 생리활성이 보고된 이들의 활용 가능성이 연구되고 있으나, 대마에 0.02% 미만(건조 중량 기준)으로 매우 적게 존재해 식물에서 직접 추출하는 것으로는 충분한 양을 확보하기 어렵다.
이에 연구진은 직접 칸플라빈을 추출하는 대신 효모나 식물 등 다른 생물을 이용해 칸플라빈을 생성하는 방법에 주목했다. 효모와 실험용 담배(Nicotiana benthamiana)에서 식물과 미생물 유래 후보 효소 6종을 각각 추출하고, 이 효소들이 효모와 담뱃잎에서 칸플라빈을 생성하는지 비교했다.
그 결과, 효모에서는 대마 유래 프레닐 전달효소(CsPT) 3가 칸플라빈 에이(A)와 비(B)를 생성했다. 프레닐 전달효소 앞부분의 일부 서열을 제거한 변형 효소(cytCsPT3)를 사용했을 때는 기존 효소보다 칸플라빈 에이(A)와 비(B) 생성이 더 뚜렷했다.
이는 식물 유래 효소를 다른 생물에서 이용할 때 그 생물의 특성에 맞게 효소 구조를 조정하는 것이 원하는 물질 생산에 도움이 될 수 있음을 보여준다.
담배에서는 미생물에서 유래한 효소(NphB)가 칸플라빈 에이(A)를 만드는 데 적합한 것으로 나타났다. 이를 통해 연구진은 칸플라빈 생산에 활용할 효소를 선정할 때는 효소를 생산하는 생물인 '숙주'와의 조합도 함께 고려해야 함을 확인했다.
연구진은 효소 활성을 확인하는 시험법도 구축했다. 시험 결과, 산도(pH) 9.0에서 칸플라빈 에이(A)가 안정적으로 생성됐으며, 담뱃잎에서 미생물 유래 효소(NphB)가 많이 만들어질수록 칸플라빈 생성량도 증가하는 경향을 보였다.
연구 결과는 국제학술지 Biotechnology for Biofuels and Bioproducts (IF 6.0)에 게재됐으며, 특허 출원*도 완료됐다. 앞으로 칸플라빈 등 유용 천연물 생산에 적합한 효소와 생산 생물을 찾는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
* 효모 또는 식물 기주 시스템 맞춤형 프레닐기 전달효소를 활용한 칸플라빈 A 생산방법(10-2025-0158399)
농촌진흥청 식물소재바이오공학과 신공식 과장 직무대리는 "이번 연구로 천연물을 생명공학 기술로 생산할 때 효소 자체의 성능뿐만 아니라 효소와 숙주 생물의 조합도 중요함을 확인했다."라며, "앞으로 효소 성능을 높이고 칸플라빈 생성에 필요한 여러 과정을 하나의 생산 체계로 연결해 직접 확보하기 어려운 유용 천연물 생산 연구에 활용할 계획이다."라고 말했다.
